JP3298764B2 - 高精度歯車熱間転造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高精度歯車熱間転造
方法に関する。本発明は、例えば車両における歯部を備
えたフライホィール、駆動系の歯車の製造に適用でき
る。

【０００２】

【従来の技術】歯車は、円盤状の素材をホブ切削、シェ
ービング仕上を経て製造するのが一般的である。しかし
この方法では、歯車の外径や歯幅が大きくなると、生産
能率が悪化し、コストアップの要因となる。そこで産業
界では、歯車の歯部を熱間転造で創成する技術が開発さ
れている。この技術によれば、図７に示す様に、円盤状
をなす金属製の転造素材としてのブランク７を保持する
ブランク保持部１００と、ブランク７の半径方向におい
てブランクを挟装する様に配置された対をなす第１ロー
ラダイス２０１及び第２ローラダイス２０２と、第１ロ
ーラダイス２０１を保持する第１ハウジング２０４と、
第２ローラダイス２０２を保持する第２ハウジング２０
５とを備えたローラ押込装置２０６とを用い、そして、
第１ローラダイス２０１及び第２ローラダイス２０２を
歯創成方向に回転させると共に、熱間状態のブランク７
の外周部に対して第１ローラダイス２０１を矢印Ａ１方
向に押込むと共に第２ローラダイス２０２を矢印Ａ２方
向に押込むことにしている。

【０００３】これによれば、熱間における転造加工に伴
い、ブランク７の外周部に歯部が創成される。この転造
によれば、ホブ切削・シェービング仕上方式に比較し
て、コスト低減に有利である。従って、特に切削加工す
ると生産性が低下し易い中モジュール〜大モジュールの
大径の歯車に、熱間転造方式を適用すれば、価格、生産
性などの面から有利である。

【０００４】また歯車の高精度化を目指した熱間転造技
術として、図８に示す様に変位規制リング３０１、３０
２を装備したものが知られている。このものによれば、
転造末期に第１ローラダイス２０１及び第２ローラダイ
ス２０２の押込量を微小量増して、ブランク７をサイジ
ング処理する。このものによれば、サイジング効果を確
保すべく、第１ローラダイス２０１及び第２ローラダイ
ス２０２を押し込むローラ押込装置２０６を押込方向つ
まり矢印Ａ１、Ａ２方向において高剛性化する必要があ
る。

【０００５】また歯車の高精度化を目指した冷間転造技
術として、特開平４−８９１５１号公報に開示されてい
る様に、２個一対の転造工具を個別のサーボモータで駆
動し、転造工具間の位相差によって生じるブランクの変
位量を変位センサで検出し、検出した変位信号に基づい
てサーボモータの駆動速度を個別に調整し、これにより
転造工具間の位相差を解消する技術が知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで歯車に関する
ＪＩＳ規格によれば、歯車の許容誤差における各等級が
規定されている。上記した熱間転造に基づいて歯車の歯
部を創成する方式によれば、高精度の歯車を得るには必
ずしも充分ではなく、例えば５級〜６級程度であり、こ
れが熱間転造方式において一般的には限界と考えられて
いた。

【０００７】また従来ではローラ押込装置２０６の駆動
源としては、油圧を利用した油圧押込方向が採用されて
おり、油圧押込方式によれば、押込方向つまり矢印Ａ
１、Ａ２方向における第１ローラダイス２０１及び第２
ローラダイス２０２の押込同期精度の向上には限界があ
り、０．０５ｍｍ程度の高精度の押込同期精度が事実上
得られない。

【０００８】更には転造の際には、ブランク７の温度分
布のばらつき、ローラダイスとブランク７との間におけ
る潤滑状態のばらつき等に起因して、第１ローラダイス
２０１の押込荷重Ｗ _Lと第２ローラダイス２０２の押込
荷重Ｗ_R との間に、その加工荷重の数％程度のアンバラ
ンス力ΔＷが生じやすい。このアンバランス力ΔＷは、
高精度歯車を得るには不利である。このアンバランス力
ΔＷは、双方の押込荷重の差の絶対値である｜Ｗ_R −Ｗ
_L｜で示される。

【０００９】上記した図７や図８に示す方式によれば、
アンバランス力ΔＷに対処すべく、ブランク保持部１０
０は、押込方向つまり矢印Ａ１、Ａ２方向に容易に移動
可能である浮動方式が採用されている。このΔＷに起因
してブランク保持部１００の軸芯が押込方向つまり矢印
Ａ１、Ａ２方向において撓むため、撓みを回避するた
め、ブランク保持部１００が押込方向つまり矢印Ａ１、
Ａ２方向において浮動式とされているものである。

【００１０】この様にブランク保持部１００を浮動式と
した技術によれば、図７においてブランク７の中心軸線
と第１ローラダイス２０１の中心軸線との間の距離をＬ
_L とし、ブランク７の中心軸線と第２ローラダイス２０
２の中心軸線との間の距離をＬ_R とすると、転造の際
に、アンバランス力ΔＷによりＬ_L とＬ_R とは厳密には
合致していないものである。そのため転造歯車の精度の
向上には限界があった。特に歯溝の振れに代表される真
円度の低下が誘発され易かった。

【００１１】また上記した特開平４−８９１５１号公報
に係る技術によれば、ブランク保持剛性は充分ではな
く、転造歯車の精度の向上には限界がある。この様に従
来の転造技術によれば、ブランク保持剛性及び押込同期
精度の双方を高水準で満たすものは、提示されていな
い。本発明は上記した実情に鑑みなされたものであり、
従来の転造技術では得られなかった高精度の歯部が得ら
れる高精度歯車熱間転造方法を提供することを課題とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者は熱間転造歯車
について鋭意開発を進め、ブランク保持剛性及び第１、
第２ローラダイスの押込同期精度の双方を高水準で満た
すことにより、従来の転造技術では期待できなかった高
精度の歯部が得られることを知見し、本発明に係る高精
度歯車熱間転造方法を開発した。

【００１３】本発明に係る高精度歯車熱間転造方法は、
半径方向外方に変位可能な係合爪を有すると共にブラン
クを挟持する互いに対向する第１ブランク保持部及び第
２ブランク保持部を有し、円盤状をなす金属製のブラン
クの中央孔の内壁面を半径方向外方に係合爪で付勢して
拘束すると共に係合爪を第１ブランク保持部及び第２ブ
ランク保持部で保持してブランクを保持すると共に、押
込方向におけるブランク保持部によるブランク保持剛性
を０．１ｍｍ／ｔｏｎｆよりも高剛性化したブランク保
持部と、ブランクの半径方向においてブランクを挟装す
る様に配置された対をなす第１ローラダイス及び第２ロ
ーラダイスと、第１ローラダイスをブランクに対して押
込可能および離間可能に保持する第１ハウジングと、第
２ローラダイスを第１ローラダイスと実質的に同期させ
てブランクに対して押込可能および離間可能に保持する
第２ハウジングと、回転に伴い第１ハウジングをブラン
クに対する押込方向及び離間方向に搬送する第１ボール
螺子軸と、回転に伴い第２ハウジングをブランクに対す
る押込方向及び離間方向に搬送する第２ボール螺子軸
と、第１ボール螺子軸を回転させるサーボモータと、第
２ボール螺子軸を回転させるサーボモータとを備えると
共に、第１ボール螺子軸及び第２ボール螺子軸を同期作
動させ、転造中において押込方向における該第１ローラ
ダイス及び該第２ローラダイスの押込同期精度を、０．
０３ｍｍよりも高い同期精度に設定したローラ押込装置
とを用い、第１ローラダイス及び第２ローラダイスを歯
部創成方向に回転させると共に、ブランク保持部に保持
した熱間状態のブランクの外周部に対して、押込方向に
おいて第１ローラダイス及び第２ローラダイスを押込同
期精度で同期させて押し込むことにより、ブランクの外
周部に歯部を高精度で創成するものである。

【００１４】なお請求項１に係る方法においては、ブラ
ンク保持部によるブランク保持剛性は０．１ｍｍ／ｔｏ
ｎｆを含む剛性である。第１ローラダイス及び第２ロー
ラダイスの押込同期精度は、０．０３ｍｍを含む同期精
度である。請求項２に係る高精度歯車熱間転造方法は、
第１ハウジング及び第２ハウジングを平面コの字形状に
設定し、ローラ押込装置の押込方向における剛性を０．
０３ｍｍ／ｔｏｎｆよりも高剛性化していることを特徴
とするものである。

【００１５】請求項２に係る方法においては、ローラ押
込装置の押込方向における剛性は０．０３ｍｍ／ｔｏｎ
ｆを含む剛性である。なおブランク保持剛性、押込同期
精度等の定義は実施例の記載に基づく。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明は以下の形態で実施でき
る。 押込方向におけるブランク保持部によるブランク保持
剛性を０．０１ｍｍ／ｔｏｎｆ〜０．０８５ｍｍ／ｔｏ
ｎｆとする。 転造開始時から転造終了時までの間にわたり、押込方
向における第１ローラダイス及び第２ローラダイスの押
込同期精度を、０．００５ｍｍ〜０．０３ｍｍとする。

【００１７】第１ローラダイス及び第１ローラダイス
を備えたローラ押込装置の押込方向における剛性を、そ
れぞれ０．００５ｍｍ／ｔｏｎｆ〜０．０３３ｍｍ／ｔ
ｏｎｆとする。 転造開始時から転造終了時までの間において、第１ロ
ーラダイス及び第２ローラダイスのダイス位相差を、第
１ローラダイスの１回転あたり平均０．０３°以内とす
る。

【００１８】本発明に係る種々の試験の結果、転造歯
車の歯溝の振れは基本的には次の式で近似できることを
見出した。この基本式（Ｅａ）に基づいて歯車を転造す
ることが好ましい。 転造歯車の歯溝の振れ（ｍｍ）≒〔押込方向におけるロ
ーラ押込装置の剛性の値＋押込方向におけるブランク保
持部のブランク保持剛性の値〕（ｍｍ／ｔｏｎｆ）×ア
ンバランス力ΔＷの値（ｔｏｎｆ）＋押込同期精度の値
（ｍｍ）………（Ｅａ） ここで次の（Ｅｂ）の式に従うことが好ましい。

【００１９】〔押込方向におけるローラ押込装置の剛性
の値＋押込方向におけるブランク保持部のブランク保持
剛性の値〕＜０．０９（ｍｍ／ｔｏｎｆ）…………（Ｅ
ｂ）

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例を具体的に説明する。 （実施例に係る装置の構造）まず使用する装置を図１を
参照して説明する。図１は装置全体の平面図である。図
２は要部の正面図である。

【００２１】図１において、被加工物保持部として機能
するブランク保持部１は、互いに対向する太径の第１保
持軸１１ａを備えた第１ブランク保持部１１と、太径の
第２保持軸１２ａを備えた第２ブランク保持部１２とで
構成されている。ブランク回転手段として機能する第１
モータ２１が駆動すると、第１ブランク保持部１１はこ
れの周方向（図２における矢印Ｅ１方向）に回転され
る。更に第１ブランク保持部１１を移動するためのブラ
ンク搬送用の第２モータ２２が装備されている。第２モ
ータ２２が回転すると、ボール螺子軸２４ｒがこれの周
方向に回転し、第１ブランク保持部１１ひいてはブラン
ク７が矢印Ｙ１、Ｙ２方向に搬送される。

【００２２】更に図１においてブランク回転手段として
機能する第３モータ２３が駆動すると、伝達トルク可変
クラッチ２６（例えばパウダークラッチ）を介して第２
ブランク保持部１２はこれの周方向つまり第１ブランク
保持部１１の回転方向と同じ方向に回転される。また図
９に示す第２ブランク保持部１２搬送用の油圧シリンダ
２９が駆動すると、第２ブランク保持部１２はボールス
プライン２６ｆにより第１ブランク保持部１１に向けて
矢印Ｙ３方向に移動され、第２ブランク保持部１２と第
１ブランク保持部１１とでブランク７を挟持して圧着で
きる。

【００２３】第１ブランク保持部１１の先方には、被加
工物としてのブランク７を誘導加熱するためのリング状
をなす加熱手段として機能する高周波加熱コイル２８が
配置されている。高周波加熱コイル２８によるブランク
の加熱状況は、放射温度計である温度センサ２８ｃによ
り検出される。ローラ押込装置３は、ブランクの半径方
向においてブランク７を挟装する様に配置された対をな
す第１ローラ押込装置３１と第２ローラ押込装置４１と
で構成されている。第１ローラ押込装置３１は、熱間加
工用の転造工具として機能する第１ローラダイス３２
と、温間仕上加工用の仕上転造工具として機能する第１
仕上ローラダイス３３と、第１ローラダイス３２と第１
仕上ローラダイス３３とを同軸的に直結する第１連結軸
３４と、第１ローラダイス３２及び第１仕上ローラダイ
ス３３を回転可能に保持する第１ハウジング３６とを備
えている。更に第１ローラ押込装置３１は、第４モータ
２４、第１ボール螺子軸３７とを備えている。

【００２４】図１において、同様に第２ローラ押込装置
４１は、熱間加工用の転造工具として機能する第２ロー
ラダイス４２と、温間仕上加工用の仕上転造工具として
機能する第２仕上ローラダイス４３と、第２ローラダイ
ス４２と第２仕上ローラダイス４３とを同軸的に直結す
る第２連結軸４４と、第２ローラダイス４２及び第２仕
上ローラダイス４３を回転可能に保持する第２ハウジン
グ４６とを備えている。更に第２ローラ押込装置４１
は、第５モータ２５、第２ボール螺子軸４７とを備えて
いる。

【００２５】第１ハウジング３６は、ブランク７に対し
て矢印Ｘ１方向に押込可能および矢印Ｘ２方向に離間可
能とされている。第２ハウジング４６は、ブランク７に
対して矢印Ｘ１方向に押込可能および矢印Ｘ２方向に離
間可能とされている。図１から理解できる様に第１ハウ
ジング３６は平面『コ』の字形状をなしており、互いに
対向する２個の厚肉の第１対向壁部３６ａ、３６ｂと、
第１対向壁部３６ａ、３６ｂ同士をつなぐ厚肉の第１連
設壁部３６ｃとを備えている。第２ハウジング４６も同
様に平面『コ』の字形状をなしており、互いに対向する
２個の厚肉の第２対向壁部４６ａ、４６ｂと、第２対向
壁部４６ａ、４６ｂ同士をつなぐ厚肉の第２連設壁部４
６ｃとを備えている。

【００２６】図２から理解できる様に第１ハウジング３
６及び第２ハウジング４６はそれぞれ、これらを支持す
る基台３ａの案内部３ｂにそって矢印Ｘ１、Ｘ２方向に
移動可能に配置されている。さて図１において第４モー
タ２４が駆動すると、その駆動力は第１減速機２４ｉで
減速されて第１ボール螺子軸３７に伝達され、第１ボー
ル螺子軸３７がこれの周方向に回転し、これにより第１
ハウジング３６が矢印Ｘ１方向に搬送され、ひいては第
１ハウジング３６に保持されている第１ローラダイス３
２及び第１仕上ローラダイス３３が同方向に搬送され、
ブランク７に押し込まれる。

【００２７】またこの第４モータ２４が逆動すると、第
１ボール螺子軸３７がこれの周方向に逆回転し、これに
より第１ハウジング３６が矢印Ｘ２方向に搬送され、第
１ローラダイス３２及び第１仕上ローラダイス３３が同
方向に搬送され、ブランク７から離間する。従って第４
モータ２４、第１ボール螺子軸３７は、第１ローラダイ
ス３２及び第１仕上ローラダイス３３をブランク７に押
し込む押込駆動手段として機能する。

【００２８】同様に図１において第５モータ２５が駆動
すると、その駆動力は第２減速機２５ｉで減速されて第
２ボール螺子軸４７に伝達され、第２ボール螺子軸４７
がこれの周方向に回転し、これにより第２ハウジング４
６が矢印Ｘ１方向に搬送され、第２ローラダイス４２及
び第２仕上ローラダイス４３が同方向に搬送され、ブラ
ンク７に押し込まれる。

【００２９】この第５モータ２５が逆動すると、第２ボ
ール螺子軸４７がこれの周方向に逆回転し、これにより
第２ハウジング４６が矢印Ｘ２方向に搬送され、第２ロ
ーラダイス４２及び第２仕上ローラダイス４３が同方向
に搬送され、ブランク７から離間する。従って第５モー
タ２５、第２ボール螺子軸４７は、第２ローラダイス４
２及び第２仕上ローラダイス４３をブランク７に押し込
む押込駆動手段として機能する。

【００３０】第１ハウジング３６に作用する負荷荷重は
第１ロードセル３６ｒで検知され、第１ハウジング３６
の移動量は第１リニヤスケール３６ｋで検知される。第
２ハウジング４６に作用する負荷荷重は第２ロードセル
４６ｒで検知され、第２ハウジング４６の移動量は第２
リニヤスケール４６ｋで検知される。各検知信号は制御
系に入力される。

【００３１】前記した第４モータ２４及び第５モータ２
５はそれぞれサーボモータであり、制御系からの押込同
期指令信号や離間同期指令信号により制御され、第１ボ
ール螺子軸３７及び第２ボール螺子軸４７を同期して作
動させる。これにより第１ローラダイス３２と第２ロー
ラダイス４２とを同期させて矢印Ｘ１方向に同期させて
押し込んだり、矢印Ｘ２方向に同期させて離間させ得
る。

【００３２】また図１において制御系からの駆動指令信
号によりサーボモータであるダイス回転用モータ５が駆
動すると、減速用の歯車５０、歯車５１を介して第１減
速機５２が作動し、更に回転軸５２ｅ、第１等速ユニバ
ーサルジョイント５３を介して第１連結軸３４、第１仕
上ローラダイス３３、第１ローラダイス３２が共に回転
し、転造が行われる。

【００３３】更に第１ダイス回転用モータ５の駆動力
は、位相合せ機構５５ｘ、第２減速機５５、回転軸５５
ｅ、第２等速ユニバーサルジョイント５６を介して第２
連結軸４４、第２仕上ローラダイス４３、第２ローラダ
イス４２に伝達され、これらが回転し、転造が行われ
る。位相合せ機構５５ｘは、第１ローラダイス３２の加
工歯の周方向の位相と第２ローラダイス４２の加工歯の
周方向の位相とを対応させるものであり、第１ローラダ
イス３２と第２ローラダイス４２とのダイス位相差を解
消させる機能をもつ。例えば、この位相合せ機構５５ｘ
は、放射方向にのびる多数個の係合歯が周方向に列設さ
れた一対の盤体５５ｙと、一対の盤体５５ｙを連結する
連結手段とで構成でき、盤体５５ｙの周方向における係
合歯の噛み合い位置を調整することにより、ダイス位相
差を調整できる。

【００３４】次に図３を参照してブランク保持部１の保
持機構について説明を加える。即ち、図３に示す様に第
１ブランク保持部１１は、先端に向かうにつれて外径が
小さくなる第１円錐面１１ｃを備えた剛性の高い第１保
持軸１１ａと、第１保持軸１１ａの挿通孔１１ｄに摺動
可能に挿通された作動軸１４と、作動軸１４の先端の鍔
部１４ｃに係合して第１保持軸１１ａの先端に配置され
たスリーブ状の締め体１５と、半径方向外方つまり矢印
Ｃ１方向に変位可能な係合爪として機能するコレット１
６と、第１保持軸１１ａの先端面に図略のボルトで保持
されたリング状の押圧体１７とを備えている。

【００３５】図３において作動軸１４が矢印Ｄ１方向に
作動すると、締め体１５が同方向に変位し、これにより
締め体１５の円錐面１５ｈがコレット１６の円錐面１６
ｔを強圧し、コレット１６が矢印Ｃ１方向に変位し、こ
れによりコレット１６がブランク７の中央孔の内壁面７
１を矢印Ｃ１方向に付勢し、以て第１ブランク保持部１
１にブランクが保持される。

【００３６】第２ブランク保持部１２は、軸先端に形成
された圧入孔１８と、軸先端に図略のボルトで保持され
たリング状の押圧体１９とを備えている。圧入孔１８に
は、若干のテーパをもつ案内壁面１８ｋが形成されてい
る。そして、ブランク７を保持するために、第１ブラン
ク保持部１１と第２ブランク保持部１２とが軸長方向に
おいて相対的に接近すると、図３に示す様に第２ブラン
ク保持部１２の第２保持軸１２ａの圧入孔１８に締め体
１５が圧入される。すると、締め体１５の半径方向にお
ける変位が拘束される。よってコレット１６がブランク
７を拘束する力が高剛性化し、第１ブランク保持部１１
と第２ブランク保持部１２とでブランク７が強固に保持
される。従って第１ブランク保持部１１及び第２ブラン
ク保持部１２で保持されたブランク７は、押込方向つま
り矢印Ｘ１、Ｘ２方向において実質的に浮動できず、固
定式とも呼ばれる非浮動式とされている。

【００３７】（本装置における特性値）上記した構成が
採用されている本実施例に係る装置によれば、特性値は
次の様に設定されている。 ○ブランク保持剛性 本実施例によればブランク保持部１によるブランク保持
剛性は、押込方向つまり矢印Ｘ１方向において０．１ｍ
ｍ／ｔｏｎｆよりも高剛性に設定されている。具体的に
は０．０１〜０．０８５ｍｍ／ｔｏｎｆ、あるいは、
０．０７〜０．０８ｍｍ／ｔｏｎｆに設定できる。

【００３８】ブランク保持部１によるブランク保持剛性
は次の様に定義される。図３においてアンバランス力Δ
Ｗ’によって、第１保持軸１１ａ及び第２保持軸１２ａ
が仮想線で示す様に撓んで、押込方向つまり矢印Ｘ１、
Ｘ２方向においてブランク７の変位ΔＢ_S が生じたとす
る。なお理解容易のため、仮想線による撓みは誇張して
示されている。このときブランク保持剛性をＥ_B とする
と、Ｅ_B は次の式で規定される。

【００３９】 Ｅ_B ＝｛ΔＢ_S （ｍｍ）／ΔＷ’（ｔｏｎｆ）｝ 上記した様にブランク保持剛性Ｅ_B を０．１ｍｍ／ｔｏ
ｎｆよりも高剛性化するには、コレット１６の外壁面と
ブランク７の中央孔の内壁面７１との間のがたが極微小
あるいは零であること、第１ブランク保持部１１の第１
保持軸１１ａ、第２ブランク保持部１２の第２保持軸１
２ａの押込方向（矢印Ｘ１、Ｘ２方向）における剛性が
高いことなどが必要である。これらは、第１保持軸１１
ａや第２保持軸１２ａの大径化、第１ハウジング３６や
第２ハウジング４６の厚肉化、剛性を高める補強リブの
増設、更には剛性に富む材料を母材として選択すること
や、ハウジング移動のための摺動面のガタを油圧等のロ
ック機構により０にすることで達成できる。

【００４０】○押込同期精度 第１ローラダイス３２及び第２ローラダイス４２の押込
同期精度は、第１ローラダイス３２及び第２ローラダイ
ス４２を同期させてブランク７に押し込むときに、双方
の押込量の転造中における平均偏差を意味する。本実施
例によれば、転造中において、押込方向つまり矢印Ｘ１
方向における第１ローラダイス３２及び第２ローラダイ
ス４２の押込同期精度ΔＬは、０．０３ｍｍよりも高い
同期精度に設定されている。具体的には０．００５〜
０．０３ｍｍに設定されている。本実施例によれば、第
１ローラダイス３２や第２ローラダイス４２の押込同期
精度ばかりでなく、第１仕上ローラダイス３３及び第２
仕上ローラダイス４３についても、同様な範囲とされて
いる。

【００４１】押込同期精度ΔＬは次の様に把握される。
即ち、図２においてブランク７に触れる第１ローラダイ
ス３２の先端とブランク保持部１の中心軸線との間の距
離をＬ_LS（ｍｍ）とし、ブランク７に触れる第２ローラ
ダイス４２の先端とブランク保持部１の中心軸線との間
の距離をＬ_RS（ｍｍ）とする。下添字の『Ｓ』はローラ
ダイスの先端を意味する。

【００４２】このときある時刻における瞬間値としての
押込同期精度をΔＬ’とすると、ΔＬ’はその時刻にお
ける第１ローラダイス３２の押込量と第２ローラダイス
４２の押込量との差の絶対値、つまりΔＬ’＝｜Ｌ_LS−
Ｌ_RS｜で示される。前述した様にΔＬ’は瞬間値であ
り、転造開始時から転造終了までの間に変動するため、
その瞬間値ΔＬ’の平均値を、本発明に係る押込同期精
度ΔＬと規定する。

【００４３】なお、前記したΔＬ’は、無負荷時におけ
るローラ押込装置３の本来の送り同期精度と、転造中に
おけるローラ押込装置３のたわみ量とに影響を受ける。
本実施例の様な高精度の押込同期精度ΔＬを得るには、
油圧を利用した油圧押込方式では不充分と考えられる。
送り精度が充分ではないからである。図１に示した様に
精密なボール螺子軸３７、４７を用いるボール螺子方式
を採用すると共に、サーボモータであるモータ２４、２
５でボール螺子軸３７、４７を同期作動制御するサーボ
制御方式との組合わせにより、第１ローラダイス３２や
第２ローラダイス４２を押込方向に送る送り精度を高め
ること、さらには次に述べる様にローラ押込装置３の剛
性を高剛性化することにより、前記した高精度の押込同
期精度を達成できる。

【００４４】○ローラ押込装置３の剛性 本実施例によれば、ローラ押込装置３の剛性は、０．０
３ｍｍ／ｔｏｎｆよりも高剛性に設定されている。具体
的には０．００５〜０．０３ｍｍ／ｔｏｎｆに設定され
ている。ローラ押込装置３における剛性は次の様に定義
される。図４において無負荷時においてブランク保持部
１の中心軸線からローラダイス４２の先端までの距離を
Ｌ_RSO （ｍｍ）とする。また荷重Ｆ（ｔｏｎｆ）が作用
したときにおいてブランク保持部１の中心軸線からロー
ラダイス４２の先端までの距離をＬ_RSK （ｍｍ）とす
る。ここでローラ押込装置３の剛性をＥ_R で示すと、Ｅ
_R （ｍｍ／ｔｏｎｆ）＝｛（Ｌ_RSK −Ｌ_RSO ）／Ｆ｝の
式で表される。なお図４において理解容易のため、仮想
線による撓みは誇張して示されている。

【００４５】○転造中のダイス位相差 本実施例によれば、転造中において、第１ローラダイス
３２、第２ローラダイス４２のダイス位相差は、第１ロ
ーラダイス３２の１回転あたり、第２ローラダイス４２
の回転角の偏差（＝転造中における平均偏差）が０．１
°以内に収まる様に設定される。望ましくは０．０３°
以内が良い。これは、制御系によりサーボモータである
ダイス回転用モータ５を制御すること、前記した位相合
せ機構５５ｘの調整、高性能な等速ユニバーサルジョイ
ント５３、５６と駆動系のバックラッシュ除去のための
ブレーキ装置の採用などにより達成できる。

【００４６】即ち、転動歯車の歯数が奇数のときを例に
とってダイス位相差を説明すると、図５に示す様に第１
ローラダイス３２の中心軸線をＯ_L とし、第２ローラダ
イス４２の中心軸線をＯ_R とし、両者を結ぶＯ_L −Ｏ_R
線を規定する。転造中において第１ローラダイス３２の
加工歯の１個の歯溝中心３２ｔと相手方である第２ロー
ラダイス４２の１個の加工歯の中心４２ｒとの双方が、
転造中において常にＯ _L −Ｏ_R 線上に位置するとき、ダ
イス位相差は０°とされる。

【００４７】ここで転造中のダイス位相差は、以下述べ
る転造前における第１ローラダイス３２と第２ローラダ
イス４２との初期位相差Δθと、回転系の速度むらΔθ
_m との合計値に影響を受ける。転造前において、第１ロ
ーラダイス３２の歯溝中心３２ｔがＯ_L −Ｏ_R 線上にあ
るものの、第２ローラダイス４２の加工歯の中心４２ｒ
がＯ_L −Ｏ_R 線上から角度Δθずれているとき、その角
度Δθは第１ローラダイス３２と第２ローラダイス４２
との初期位相差とされる。

【００４８】また第１ローラダイス３２が回転角θ_L ぶ
ん回転したとき、第２ローラダイス４２の回転角θ_R は
理想的にはθ_R ＝θ_L であるものの、回転系の速度むら
等の影響を受けて微視的レベルではθ_R ＝θ_L とは必ず
しもならない。一般的にはθ _R ＝θ_L ＋Δθ_m ’とな
る。Δθ’_m は回転系の速度むらを意味する。このΔ
θ’_m はある時刻における瞬間値であり、回転中におい
て多少変動するため、転造開始から転造終了までの間に
おける平均値をΔθ_m とする。

【００４９】なお転造歯車の歯数が偶数個のときには、
第１ローラダイス３２の加工歯の歯溝と第２ローラダイ
ス４２の加工歯の歯溝とが対向する配置とし、第１ロー
ラダイス３２の１個の歯溝の歯溝中心と第２ローラダイ
ス４２の１個の歯溝の歯溝中心との双方がＯ_L −Ｏ_R 線
上に位置するとき、ダイス位相差は０°とされる。 （実施例に係る転造方法）まず、図１において第１ブラ
ンク保持部１１にブランク７を保持する。次に第２モー
タ２２を駆動して、ブランク７を矢印Ｙ１方向に搬送し
て高周波加熱コイル２８内に配置すると共に、第１モー
タ２１を駆動させてブランク７をその周方向（図２の矢
印Ｅ１方向）に回転させる。そしてブランク７を回転さ
せながら、ブランク７の外周部を高周波加熱コイル２８
で誘導加熱する。９００℃以上の温度に誘導加熱する領
域は、ブランク７の外周面から歯丈の約１．３倍程度の
深さとする。加熱時間は数秒〜３０秒間程度である。

【００５０】ブランク７が所定温度域（９００°以上）
に加熱されたら、加熱終了から転造開始までの時間は５
秒以内とする。ブランク７の内部への伝熱を抑制してブ
ランクの中央域の温度上昇を軽減し、ブランク７におけ
る温度分布を良好にするためである。加熱が終了した
ら、第２モータ２２によりボール螺子軸２４ｒを作動さ
せブランク７を更に矢印Ｙ１方向に搬送し、ブランク７
を加工位置Ｒ１に配置する。このとき第２ブランク保持
部１２を矢印Ｙ３方向に移動させて第２ブランク保持部
１２と第１ブランク保持部１１との双方により、図３に
示す形態でブランク７を挟持して圧着する。圧着力は、
第２ブランク保持部１２を押圧する油圧シリンダ２９に
より１ｔｏｎｆ〜数ｔｏｎｆに確保される。

【００５１】この状態では第３モータ２３の駆動力でブ
ランク７はこれの周方向に回転される。このとき第１モ
ータ２１の駆動はオフとする。よってブランク７は第３
モータ２３のみで回転される。なおブランク７の目標回
転数Ｎ_B は次の様に設定される。即ち、ローラダイス３
２、４２の回転数をＮ_R （１５０〜３００ｒｐｍ程度）
とし、ローラダイス３２、４２の歯数をＺ_RHとし、ブラ
ンク７で形成される転造歯車の歯数をＺ_B とすると、Ｎ
_B ＝Ｎ_R ×〔Ｚ_RH／Ｚ_B 〕となる。

【００５２】また第１ローラダイス３２及び第２ローラ
ダイス４２を等速で同期回転させておく。そして、制御
系による押込同期指令信号により、第１ローラダイス３
２を矢印Ｘ１方向に移動してブランク７の外周部に押し
込むと共に、第２ローラダイス４２を矢印Ｘ１方向に移
動してブランク７の外周部に互いに同期させて押し込む
（押込速度６ｍｍ／ｓｅｃ程度、すなわちブランク半回
転当たりモジュールの０．２倍程度の押込速度に設定）
と共に、押込先頭位置で２〜５ｓｅｃの保持を行う。こ
れによりブランク７の外周部には歯部の盛り上がりとサ
イジングが生じ、適数個の歯部が熱間転造で創成され
る。その後、制御系からの離間同期指令信号により第１
ローラダイス３２及び第２ローラダイス４２を矢印Ｘ２
方向に同期させて移動させてブランク７から離脱させ
る。

【００５３】この様にして熱間転造が終了したら、第２
モータ２２によりブランク７を更に矢印Ｙ１方向に搬送
させ、ブランク７を仕上加工位置Ｒ２に配置する。この
状態で、制御系からの押込同期指令信号により、回転す
る第１仕上ローラダイス３３を矢印Ｘ１方向に移動して
ブランク７に押し込むと共に、回転する第２仕上ローラ
ダイス４３を矢印Ｘ１方向に移動してブランク７に互い
に同期させて押し込む。これによりブランク７の歯部が
温間領域（仕上転造の開始温度７００〜終了温度４００
°Ｃ）で仕上転造される。その後、第１仕上ローラダイ
ス３３及び第２仕上ローラダイス４３を矢印Ｘ２方向に
移動させてブランク７から離脱させる。

【００５４】本実施例によれば第１ローラダイス３２と
第２ローラダイス４２との押込同期精度が高いので、図
２に示す様にブランク７の中心軸線と第１ローラダイス
３２の中心軸線との間の距離をＬ_L とし、ブランク７の
中心軸線と第２ローラダイス４２の中心軸線との間の距
離をＬ_R とすると、熱間転造の際に、Ｌ_L とＬ_R とは高
精度で合致している。従って転造した歯車における歯溝
の振れを低減できる。

【００５５】更に図２から理解できる様に、転造加工を
終えた第１ローラダイス３２に対面する様に、液状の潤
滑剤を噴射する第１噴射装置７６が装備され、転造加工
を終えた第２ローラダイス４２に対面する様に、黒鉛粉
末が含まれた液状の潤滑剤を噴射する第２噴射装置７７
が装備されている。つまり転造位置から９０°離れた位
置に第１噴射装置７６及び第２噴射装置７７はそれぞれ
装備されている。

【００５６】そのため転造の際において、潤滑剤の塗布
タイミングの均一化、塗布時間の均一化が図られ、更に
第１ローラダイス３２への潤滑剤塗布量と第２ローラダ
イス４２への潤滑剤塗布量との均一化が図られている。
このためブランク７の潤滑性や温度分布の均一化や適正
化に有利であり、この意味においても高精度の転造に有
利である。

【００５７】（具体例）具体的には鋼系のブランク７を
熱間状態である１０００°Ｃまで加熱した後、４秒後に
熱間転造を開始した。このとき押込同期精度は０．０２
５ｍｍ、ブランク保持剛性は０．０５ｍｍ／ｔｏｎｆ、
ローラ押込装置３の剛性は０．０２ｍｍ／ｔｏｎｆであ
った。さらに第１ローラダイス３２の押込荷重Ｗ_L 、第
２ローラダイス４２の押込荷重Ｗ_R の最大値はそれぞれ
６ｔｏｎｆ、左右荷重の差の絶対値であるアンバランス
力ΔＷは０．１〜０．３ｔｏｎｆであった。

【００５８】ちなみに、第１ローラダイス３２及び第２
ローラダイス４２の精度は１〜２級、歯数は７３枚、回
転数は３００ｒｐｍ、転造時間は６秒であり、第１ロー
ラダイス３２及び第２ローラダイス４２のダイス位相差
は０．０８°とし、転造中に黒鉛系潤滑剤を水に希釈し
た液状潤滑剤を第１ローラダイス３２、第２ローラダイ
ス４２に５ｃｃ／秒の量スプレー塗布した。

【００５９】上記の様にして転造した歯車の精度を測定
したところ、第１ローラダイス３２及び第２ローラダイ
ス４２による熱間転造すれば、温間仕上転造しなくて
も、歯溝の振れは３５〜５０μｍ、累積ピッチ誤差は５
５〜７５μｍの範囲で３〜４級程度の歯車が得られた。
更に熱間転造に加えて、同条件で第１仕上ローラダイス
３３及び第２仕上ローラダイス４３を用いて、歯面圧下
量３０μｍ、温間領域である５００〜６００°Ｃで５秒
間温間仕上を行った。この場合には、歯溝の振れは２０
〜３８μｍ、累積ピッチ誤差は３５〜５５μｍに矯正さ
れ、２〜３級精度の歯車が得られた。

【００６０】（試験結果）本発明の効果を確認する試験
を行った。この試験例では、外径が１８０ｍｍ、内径が
１０８ｍｍ、モジュールが２．４、材質がＳ５８Ｃのリ
ングギヤを転造する場合において、第１ローラダイス３
２と第２ローラダイス４２とによって熱間で歯車を転造
した場合であり、第１仕上ローラダイス３３と第２仕上
ローラダイス４３とによる温間転造は行われていない。

【００６１】試験結果を図６に示す。図６の横軸はブラ
ンク保持部１によるブランク保持剛性を示す。横軸にお
いて右端に、ブランク保持部１が浮動式（押込方向に移
動容易な方式）である場合を示す。図６の縦軸は歯車の
精度を示す歯溝の振れを示す。歯溝の振れは、ＪＩＳ規
格に基づき、玉等の接触片を歯溝を形成する歯面におい
てピッチ円付近に接触させたときの半径方向における変
位を意味する。図８の縦軸においてＦ１はＪＩＳ規格に
おける５級上限値を示し、Ｆ２は４級上限値を示す。＊
は押込同期精度を意味する。

【００６２】図６における特性線Ｋ１、Ｋ２は比較例を
示し、第１ローラダイス３２及び第２ローラダイス４２
の押込を油圧で行う油圧押込式と、非浮動式としたブラ
ンク保持部１とを採用した場合の試験結果である。特性
線Ｋ１は押込同期精度が０．１ｍｍのときの試験結果、
特性線Ｋ２は押込同期精度が０．０５ｍｍのときの試験
結果を示す。

【００６３】油圧を利用した油圧押込式によれば、０．
０５ｍｍよりも高い押込同期精度は得られないのが実情
である。そのため仮にブランク保持剛性を０．１ｍｍ／
ｔｏｎｆとかなり高剛性化したとしても、油圧押込方式
に係る特性線Ｋ１から理解できる様に、転造された歯車
における歯溝の振れは約１４０〜１５０μｍ程度と大き
くなり、５級上限値にも満たない。

【００６４】また仮にブランク保持剛性を０．１ｍｍ／
ｔｏｎｆと高剛性化したとしても、押込同期精度が０．
０５ｍｍであれば、特性線Ｋ２から理解できる様に、歯
溝の振れは最良でも５級上限値程度にしかならない。一
方、図６における特性線Ｍ１、Ｍ２は、ブランク保持剛
性を前述の高剛性範囲に規定すると共に押込同期精度を
高精度化した本実施例の試験結果を示すものである。特
性線Ｍ１は押込同期精度が０．０３ｍｍの場合の試験結
果を示し、特性線Ｍ２は押込同期精度が０．０１ｍｍの
場合の試験結果を示す。特性線Ｍ１、Ｍ２から理解でき
る様に、ブランク保持剛性を０．１ｍｍ／ｔｏｎｆより
も高剛性領域つまり領域Ｍａに設定すれば、歯溝の振れ
は、図６におけるＦ２で示される４級上限値よりもかな
り低減され、高精度が得られる。

【００６５】更に押込同期精度を０．０１ｍｍと高精度
化すると共に、ブランク保持剛性を０．０７ｍｍ／ｔｏ
ｎｆよりも高剛性領域つまり領域Ｍｂに設定すれば、特
性線Ｍ２から理解できる様に、歯溝の振れは図６のＦ２
で示される４級上限値よりも更に低減され、従来の熱間
転造歯車では得られない高精度のものが得られる。この
様な図６に示す試験結果からしても、ブランク保持剛性
のみを高剛性化したとしても、高精度の歯車は得られな
いことがわかる。即ち、押込同期精度が充分に高精度で
ないと、加工が進行するにつれて荷重のアンバランス力
が比例的に増大し、ブランク保持部の振れ回りを押え込
めず、精度がでないものと考えられる。

【００６６】従って転造加工においては、ブランク保持
剛性を高剛性化する他に、押込同期精度を高精度化する
ことが重要であることがわかる。なお図６に示す特性線
Ｋ３は他の比較例を示すものであり、第１ローラダイス
３２及び第２ローラダイス４２の押込を油圧で行う油圧
押込式とし、ブランク保持部１を浮動式とするものの、
押込最終端において変位規制（変位規制時のみ：押込同
期精度０．０２ｍｍ）してサイジングする方式を採用す
る場合、即ち図８に示す形態の試験結果を示す。

【００６７】この比較例によれば、図６に示す特性線Ｋ
３から理解できる様に、４〜５級程度の精度が得られる
ものの、ブランク保持剛性を０．１ｍｍ／ｔｏｎｆより
も高剛性化しても、精度を４級程度に安定的に納めるこ
とはできなかった。その理由は、変位規制範囲がサイジ
ング工程のみで０．１ｍｍ程度の微小押込範囲でしか行
われず、ローラ押込で生じたアンバランスを矯正するの
に限界があると考えられるからである。

【００６８】なお浮動式のブランク保持部を採用した場
合には、図６における矢印Ｋ４で示す様に精度はせいぜ
い５級程度のものしか得られず、かつ、ばらつきも大き
い。なお、図６においては『歯溝の振れの大きさ』のみ
をデータとして示しているが、本実施例方法によれば、
歯溝の振ればかりか、歯車における累積ピッチ誤差、歯
形や歯すじ精度のばらつきも極めて小さくなり、総合精
度３級〜４級の大径歯車も成形可能である。

【００６９】（付記）本発明は次の技術的思想としても
把握できる。 ○請求項１において、第１ローラダイスには第１仕上ロ
ーラダイスが同軸的に直結され、第１仕上ローラダイス
に対面する第２仕上ローラダイスが第２ローラダイスに
同軸的に直結されており、熱間転造後に、温間仕上転造
を行う方法。これによれば、熱間転造後に速やかに温間
仕上転造を行い得るため、温間仕上転造の開始温度や終
了温度の適正化に有利である。

【００７０】○円盤状をなす金属製のブランクを保持す
るブランク保持部と、該ブランクの半径方向において該
ブランクを挟装する様に配置された対をなす第１ローラ
ダイス及び第２ローラダイスと、該第１ローラダイスを
該ブランクに対して押込可能および離間可能に保持する
第１ハウジングと、該第２ローラダイスを該第１ローラ
ダイスと実質的に同期させて該ブランクに対して押込可
能および離間可能に保持する第２ハウジングとを備えた
ローラ押込装置とを具備し、該ブランク保持部を該第１
ローラダイス及び第２ローラダイスの押込方向において
非浮動式とすると共に、押込方向における該ブランク保
持部によるブランク保持剛性を０．１ｍｍ／ｔｏｎｆよ
りも高剛性化し、転造中において押込方向における該第
１ローラダイス及び該第２ローラダイスの押込同期精度
を、０．０３ｍｍよりも高い同期精度に設定し、該第１
ローラダイス及び該第２ローラダイスを歯部創成方向に
回転させると共に、該ブランク保持部に保持した熱間状
態の該ブランクの外周部に対して、該押込方向において
該第１ローラダイス及び該第２ローラダイスを前記押込
同期精度で同期させて押し込むことにより、該ブランク
の外周部に歯部を高精度で創成する高精度歯車熱間転造
装置。

【００７１】

【発明の効果】本発明方法によれば、ブランク保持剛性
を高剛性化すると共に、押込同期速度を高精度で同期さ
せるため、従来の転造方法では得られなかった高精度の
歯車を得ることができる。特に歯溝の振れに代表される
真円度の精度を向上させるのに有利である。

【００７２】更に本発明方法によれば、更に温間領域で
仕上転造も加えれば、歯溝の振れ、累積ピッチ誤差にお
ける矯正効果も一層向上し、等級も１〜２級改善され
る。従って熱間転造と温間仕上転造とを組合わせれば、
ＪＩＳ規格３級という転造歯車としては極めて高精度の
歯車の成形が可能となる。請求項２の方法によれば、ダ
イス位相差が良好であるため、歯車の精度を一層向上さ
せるのに有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】装置全体を概略して示す平面図である。

【図２】装置の要部の正面図である。

【図３】ブランク保持部の内部構造を示す断面図であ
る。

【図４】ローラ押込装置の剛性を説明するための構成図
である。

【図５】ダイス位相差を説明するための構成図である。

【図６】ブランク保持剛性とローラダイスの押込同期精
度と歯溝の振れとの関係を示すグラフである。

【図７】従来技術に係る構成図である。

【図８】他の従来技術に係る構成図である。

【図９】図１のＷ３−Ｗ３線に沿う矢視図である。

【符号の説明】

図中、１はブランク保持部、１１は第１ブランク保持
部、１１ａは第１保持軸、１２は第１ブランク保持部、
１２ａは第１保持軸、３はローラ押込装置、３１は第１
ローラ押込装置、３２は第１ローラダイス、３６は第１
ハウジング、４１は第２ローラ押込装置、４２は第２ロ
ーラダイス、４６は第２ハウジング、７はブランクを示
す。

フロントページの続き (72)発明者 藤原 康之 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 田中 利秋 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 土屋 能成 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 団野 敦 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (56)参考文献 特開 平９−66332（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−16684（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−17550（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B21H 5/00 - 5/04

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半径方向外方に変位可能な係合爪を有する
   と共にブランクを挟持する互いに対向する第１ブランク
   保持部及び第２ブランク保持部を有し、円盤状をなす金
   属製の該ブランクの中央孔の内壁面を半径方向外方に該
   係合爪で付勢して拘束すると共に該係合爪を該第１ブラ
   ンク保持部及び該第２ブランク保持部で保持して該ブラ
   ンクを保持すると共に、該押込方向におけるブランク保
   持剛性を０．１ｍｍ／ｔｏｎｆよりも高剛性化したブラ
   ンク保持部と、 該ブランクの半径方向において該ブランクを挟装する様
   に配置された対をなす第１ローラダイス及び第２ローラ
   ダイスと、該第１ローラダイスを該ブランクに対して押
   込可能および離間可能に保持する第１ハウジングと、該
   第２ローラダイスを該第１ローラダイスと実質的に同期
   させて該ブランクに対して押込可能および離間可能に保
   持する第２ハウジングと、回転に伴い該第１ハウジング
   を該ブランクに対する押込方向及び離間方向に搬送する
   第１ボール螺子軸と、回転に伴い該第２ハウジングを該
   ブランクに対する押込方向及び離間方向に搬送する第２
   ボール螺子軸と、該第１ボール螺子軸を回転させるサー
   ボモータと、該第２ボール螺子軸を回転させるサーボモ
   ータとを備えると共に、該第１ボール螺子軸及び該第２
   ボール螺子軸を同期作動させ、転造中において該押込方
   向における該第１ローラダイス及び該第２ローラダイス
   の押込同期精度を、０．０３ｍｍよりも高い同期精度に
   設定したローラ押込装置とを用い、 該第１ローラダイス及び該第２ローラダイスを歯部創成
   方向に回転させると共に、該ブランク保持部に保持した
   熱間状態の該ブランクの外周部に対して、該押込方向に
   おいて該第１ローラダイス及び該第２ローラダイスを前
   記押込同期精度で同期させて押し込むことにより、該ブ
   ランクの外周部に歯部を高精度で創成する高精度歯車熱
   間転造方法。
2. 【請求項２】該第１ハウジング及び該第２ハウジングを
   平面コの字形状に設定し、該ローラ押込装置の押込方向
   における剛性を０．０３ｍｍ／ｔｏｎｆよりも高剛性化
   していることを特徴とする請求項１に記載の高精度歯車
   熱間転造方法。